Calculation Of Interdiffusion Coefficients Of Ni And Alatoms In Β--Nial Phase As Aluminide Coatings

通过纯Ni和K465合金表面渗Al涂层中Al原子浓度分布曲线的分析，考虑到K465合金复杂的化学成分和显微组织，基于一定的假设，推导出Wagner修正式，并分别计算了850，950和1050℃纯Ni和K465合金表面渗Al涂层中β-NiAl相Ni，Al互扩散系数。计算结果表明：K465合金表面渗Al层中β-NiAl相Ni，Al互扩散系数明显小于纯Ni表面渗Al涂层中β-NiAl相Ni，Al互扩散系数；与化学计量比β-NiAl相相似，K465合金表面渗Al中β-NiAl相Ni，Al互扩散系数与Al原子浓度有很大的相关性。简要分析了合金元素和析出相对渗Al涂层中β-NiAl相Al，Ni互扩散系数的影响。     

K444合金表面CVD渗铝涂层在750℃空气中耐NaCl腐蚀行为

采用化学气相沉积(CVD)法在镍基高温合金K444表面制备了渗铝涂层。850、950和1050℃制备的涂层均为双层结构,外层是NiAl相,内层为互扩散区。涂层随沉积温度升高而增厚,3个沉积温度制备的CVD渗铝涂层厚度分别约为6.2、12.5和30.3μm。研究了K444合金及3个温度制备的CVD渗铝涂层在750℃NaCl+Air条件下的腐蚀行为。结果表明,K444合金表面发生氧化和氯化反应,腐蚀严重。而CVD渗铝涂层表面生成了保护性Al₂O₃,抗NaCl腐蚀能力增强,1050℃沉积温度下制备的CVD渗铝涂层抗腐蚀能力最强。     

Pt改性镍基高温合金铝化物涂层研究进展

综述了镍基高温合金上抗高温氧化的Pt改性β-(Ni,Pt)Al涂层和γ-γ′型涂层,重点介绍了Pt改性铝化物涂层制备工艺,不同工艺条件下涂层的微观结构,Pt增强铝化物涂层抗氧化性能的作用机理,Al对涂层高温氧化性能的影响,并从元素互扩散、相变、表面起伏等方面描述了涂层退化过程,最后对Pt改性铝化物涂层发展进行展望。     

N5单晶与PtAl涂层的高温互扩散

为研究铂改性铝化物(PtAl)涂层与N5镍基单晶高温合金之间的氧化及互扩散的行为,对体系进行了1100℃静态氧化实验。涂层的制备方式为电镀Pt和化学气相沉积法(CVD)渗铝,采用真空热处理炉进行热扩散处理;PtAl涂层氧化前后的微观形貌、相结构组成和元素含量的变化采用SEM、XRD和EDS等方法进行分析。采用CVD方法制备PtAl涂层,热扩散处理后形成厚约18.7μm的互扩散带,无二次反应区;氧化500 h后,互扩散带厚度增加至34.6μm左右,并出现二次反应区,其厚度为56.6μm。二次反应区中因Ni元素扩散后晶体结构留下的空位被难熔金属(Ta、W、Re)占据导致析出TCP有害相。铂铝涂层的存在可提高体系的抗氧化性能,但不能阻止互扩散,涂层与基体间的互扩散导致化学元素成分变化和相结构的转变。     

低碳钢表面抛丸加速制备纳米铝化物涂层的研究

将粉末包埋渗铝与抛丸过程相结合,在440-600℃相对较低的温度范围内,在低碳钢表面制备纳米结构的铝化物涂层.涂层为单层结构,均匀致密,呈现纳米结构特征,晶粒尺寸20nm左右.涂层由富铝相Fe-Al化合物组成,主要有η-Fe2Al5相和少量的θ-FeAl3相和β-FeAl相.合金球的冲击作用导致表面纳米化,加速表面原子扩散过程,使铝化物涂层可以在相对较低的温度下形成.     

电弧离子镀NiCrAlYSi涂层抗高温氧化行为

采用电弧离子镀技术,在镍基高温合金DZ22B表面沉积一层NiCrAlYSi抗高温氧化涂层。利用SEM、XRD、EDS和电子探针等,分析了涂层的微观形貌、组织结构、物相和元素分布规律。研究了涂层和基体在1050℃的静态空气环境中恒温氧化200 h的氧化动力学规律和抗氧化性能。结果表明:沉积态涂层致密均匀,无孔洞等明显缺陷。经热处理后,涂层发生了β-NiAl向γ'-Ni_3Al的转变,主要物相为γ'-Ni_3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相。恒温氧化200 h后,与基体相比,平均氧化速度由0.096 7g/(m~2·h)降到0.0340g/(m~2·h),显著提高了基体的抗高温氧化性能。氧化初期,涂层表面形成了一层均匀致密的α-Al_2O_3保护层,阻止氧向涂层内部扩散,从而大大提高了抗氧化性能。氧化过程中,涂层与基体的界面处发生了元素互扩散现象;主要为Cr元素从涂层向基体的内扩散和Co、W和Y元素从基体向涂层的外扩散。     

采用CVD法制备空心叶片内腔铝化物涂层

采用自主研制的化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)内腔铝化物涂层设备及工艺在空心叶片内腔微小冷却通道制备了铝化物涂层。借助金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等方法分析了空心叶片内腔及微小冷却通道不同部位的涂层厚度以及涂层的表面形貌、元素成分和相组成。结果表明:自主研制的CVD内腔渗铝设备及工艺可靠,涂层厚度达33～39μm,内腔涂层完整均匀,不存在漏渗;涂层主要分为内外两层,外层主要由β-Ni Al相组成,Al含量为26. 85wt%,对基体可以进行有效地防护,具有广阔的工程化应用前景。     

Al-Cr涂层的制备及抗热腐蚀性能研究

采用粉末包埋法在Ni基高温合金K417G上制备Al-Cr涂层,并研究其在25%NaCl＋75%Na2SO4（mass%）盐膜下900℃的热腐蚀特性.采用两步法沉积的Al-Cr涂层为双层结构,外层为β-NiAl相和少量AlCr2相,平均Cr含量约为20 mass%;内层为互扩散带.而采用一步法沉积的Al-Cr涂层具有三层...     

火电机组过/再热器锅炉管内壁铝化物涂层研究(Ⅰ)：涂层制备及组织结构

目的在奥氏体不锈钢锅炉管内壁制备抗高温蒸汽氧化涂层。方法采用料浆法在锅炉过/再热器用小口径Super304H不锈钢锅炉管内壁制备铝化物涂层,研究了钢管热处理制度范围内制备工艺(时间、温度)对涂层结构、成分和相组成的影响规律,同时基于扩散定律建立了涂层结构的预测模型。结果铝化物涂层厚度约为30～150μm,与基体冶金结合良好。涂层为双层结构,外层由(Fe,Ni)Al(Cr)相、Cr_xSi_y相以及少量Fe_3Al相组成,互扩散层(IDZ)由(Fe,Ni)Al相、Cr_xSi_y相、点状M_6C碳化物相和针状TCP相组成。涂层的制备温度和保温时间对互扩散层厚度变化影响显著,其随时间和温度的变化曲线近似满足抛物线规律。管材热处理制度范围内的温度过高,易减小涂层外层厚度。结论在匹配Super304H锅炉管热处理工艺的基础上,采用料浆法在小口径Super304H锅炉管内壁获得了双层结构的铝化物涂层。基于Fick第二扩散定律建立了涂层结构控制的预测模型,拟合结果与实验实测数据吻合较好,可为获得不同结构的涂层提供参考。     

T92钢表面铝化物涂层的组织演化

在高温下长时间暴露,钢材表面的渗铝层与母材之间容易发生元素互扩散,对母材组织产生影响,影响母材的力学性能。为研究超超临界机组用T92钢表面铝化物涂层的抗蒸汽氧化性能及组织演化特性,采用低温粉末包埋渗铝法在T92钢锅炉管内壁制备铝化物涂层,并在650℃饱和蒸汽环境中进行热暴露试验,结合扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）观察及X射线衍射分析,研究铝化物涂层的氧化行为以及T92基体与铝化物涂层之间的扩散退化行为。研究结果表明：低温粉末包埋渗铝可在T92锅炉管内壁制备厚度约30.4μm的双层结构铝化物涂层,各层结构连续均匀且组织稳定,与母材呈冶金结合。在650℃、3 000 h饱和蒸汽氧化过程中,涂层表面生长厚度约0.3μm的α-Al2O3氧化膜。650℃长时热暴露过程中,Fe-Al金属间化合物始终是涂层的主要物相,但涂层由FeAl相向FeAl2相退化。铝化物涂层经长时间热暴露后组织退化,但仍具有优异的抗氧化性能,能够对T92钢提供很好的保护。     

耐热扩散涂层在燃气轮机上的应用现状及趋势

综合介绍了航空发动机和燃气轮机热端部件所采用的简单铝化物涂层、改进型铝化物 涂层及MCrAlY包覆涂层等十余种涂层的制备工艺方法、涂层组织结构特点、高温防护性能以 及应用情况.分析讨论了NiCr-CrAl涂层、Co-Al复合渗层、JT-G铝硅铬渗层及电子束物理 气相沉积（EB-PVD）热障涂层等新型耐热扩散涂层的特点和在燃气轮机上的应用前景.     

三种铝硅涂层的抗氧化性能研究

用无机盐料浆法在K4104镍基高温合金表面制备了渗Al-Si涂层.改变粘结剂中铬酣(CrO3)的添加量得到了三种不同成分的Al-Si涂层.对三种Al-Si涂层进行1000℃×200h高温氧化性能试验,用扫描电镜(带能谱分析)对试样截面进行形貌观察及成分分析,并用Origin软件绘制氧化动力学曲线.研究结果表明,1000℃×200h氧化过程中三种Al-Ai涂层均生成了连续致密的Al2O3氧化膜;涂层外层由不稳定的β-NiAl相(富Al)向稳定的β-NiAl相(富Ni)转变;三种Al-Si涂层均具有良好的抗高温氧化性;添加少量CrO3得到的Al-Si涂层内层形成了连续的富Si"隔层",该"隔层"有利于阻碍合金元素与Al元素的互扩散,从而降低涂层中Al元素的退化速度.     

简单/改性铝化物涂层的研究现状

航空发动机各部件高温结构材料在苛刻环境下服役时,会遭受严重的高温氧化和热腐蚀.在合金表面施加铝化物涂层后,高温下表面能够生成一层致密且生长缓慢的Al2O3氧化膜,从而隔绝腐蚀介质,以防止合金被快速氧化腐蚀.概述了铝化物涂层的优点,包括制备简单、成本低廉.重点综述了以Ni、Fe、Ti/TiAl为合金基体的铝化物涂层微观结构.涂层的微观结构主要由渗铝工艺、基材成分及后处理工艺等因素决定,渗铝工艺包括渗剂成分、渗铝温度和渗铝时间.在高温下渗铝,Al的活度较低,涂层主要以基体元素向外扩散形成外扩散型涂层为主;在低温下渗铝,Al的活度较高,涂层主要以Al向内扩散形成内扩散型涂层为主.还归纳了不同渗铝涂层在干燥空气和水蒸气环境中的高温氧化行为,阐述了水蒸气对铝化物涂层高温氧化行为的影响,比较了Ni-Al系和Fe-Al系涂层的抗高温氧化性能.同时介绍了Cr-Al、Si-Al和Pt-Al 3种改性铝化物涂层的研究进展,包括制备方法、微观结构及抗高温氧化和腐蚀性能.最后,展望并总结了高温防护涂层的发展趋势.     

镍基高温合金上Co改性铝化物涂层的组织结构与耐蚀性能

为研究Co改性铝化物涂层在室温环境中的耐蚀性,利用包埋法渗Co和气相沉积渗Al(两步法)制备出两种不同Co含量的Co改性铝化物涂层,采用XRD、SEM、EDS分析涂层的组织结构。结果表明:850℃和1 000℃渗Co涂层外层和内层均为γ-(Ni,Co)相,内层有氮化物/碳化物相析出。Co改性铝化物涂层与简单NiAl涂层结构一致,外层为β-(Co,Ni)Al相,内层为互扩散区含有大量的富Cr(W)相。简单NiAl涂层的自腐蚀电流为0.04μA/cm2,约为Co改性铝化物涂层的十分之一。这说明在涂层中添加Co降低涂层的耐蚀性,一方面因为Co的腐蚀电位(-0.28V)低于Ni的腐蚀电位(-0.25V),另一方面因为渗Co过程中产生的夹杂物与涂层电位不一致,容易成为微阴极区,加速涂层的腐蚀。     

TiAl合金表面EB-PVD制备热障涂层及高温抗氧化性能

利用EB-PVD技术在Ti Al合金表面制备了扩散铝/YSZ热障涂层。采用SEM、EDS和XRD分析了涂层原始及高温氧化后的微观组织及相组成,并测试了高温氧化性能。结果表明:涂层表面YSZ层为致密柱状晶结构,由非平衡四方相t′-ZrO_2组成。Ti Al合金沉积了扩散铝/YSZ热障涂层后高温氧化性能显著提高,氧化动力学曲线呈对数变化规律,900℃高温氧化时,氧化速率为2.2×10~(-5) mg/cm~2·h。1000℃高温氧化时,氧化速率为1.14×10~(-3) mg/cm~2·h。在高温氧化过程中,粘结层与基体之间发生元素扩散,膜基界面消失。在面层与中间粘结层之间形成了均匀连续的热生长氧化物层TGO。     

Nb-Ti-Si 合金表面辉光离子渗 Mo / 包埋渗 Si制备 MoSi2 涂层的研究

目的在Nb-Ti-Si合金表面制备MoSi2涂层。方法先进行辉光离子渗Mo,再进行包埋渗Si。分析温度对渗Mo层表面形貌、厚度、元素互扩散的影响,以及渗Si后涂层的表面形貌和结构。结果在1100℃进行辉光离子渗Mo,渗Mo层与基体形成了显著的互扩散。对渗Mo层进行包埋渗Si后,所形成的涂层组织致密,具有多层结构,由外向内依次为MoSi2层、NbSi2层和Nb5Si3层,在MoSi2和NbSi2层之间存在(Mo,Nb)Si2互扩散区。结论通过辉光离子渗/包埋渗的方法,可以在Nb-Ti-Si合金表面制备Mo Si2涂层,且涂层与基体呈冶金结合,结合较好。     

Pt/Zr共改性铝化物涂层的抗高温氧化性能研究

采用电镀Pt和化学气相沉积Al-Zr共渗两步法制备了一种Pt/Zr共改性铝化物涂层,并对其进行了组织结构表征和1000℃抗高温氧化性能测试。结果表明:Pt/Zr共改性铝化物涂层外层主要相为β-(Ni,Pt)Al,同时含有少量的PtAl_2和PtZr相。在1000℃氧化300 h后,Pt改性铝化物涂层和Pt/Zr共改性铝化物涂层中均有大量的有益相β-NiAl存在,表现出很好的抗高温氧化性能;Pt/Zr共改性铝化物涂层比单一的Pt改性铝化物涂层具有更低的氧化速率,其表面氧化膜也更加致密,这是因为在保护性的Al2O3膜下方形成了条状的富Zr氧化物,可以起到钉扎的作用。     

NiCoCrAlYSiB+AlSiY梯度涂层恒温氧化行为

采用电弧离子镀技术在镍基单晶高温合金基体上制备了NiCoCrAlYSiB涂层和(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层,对比研究了2种涂层退火态的组织结构和在1000,1100和1150℃下的恒温氧化行为.结果表明:退火处理后,NiCoCrAlYSiB涂层是由γ/γ相和弥散其中的点状β-NiAl相构成;(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层分为两层,外层以β-NiAl相为主,含有少量的Cr3Si相、内层和NiCoCrAlYSiB涂层的结构相似.NiCoCrAlYSiB涂层在1000℃下有良好的抗氧化性能,在1100和1150℃下因表面生成保护性较差的尖晶石相而快速退化;(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层在1000—1150℃下均表现出良好的抗高温氧化性能,1100℃度下氧化300 h后仍有大量的β-NiAl相存在,1150℃下氧化300 h后涂层中Al含量仍在8%(质量分数)以上,少量的β-NiAl相和过饱和的γ/γ相可维持表面Al_2O_3膜的形成和修复.     

CVD法在镍基高温合金表面制备改性铝化物涂层的研究进展

镍基燃气轮机空心叶片的发展和涡轮发动机进气口温度的提升,使传统的铝化物涂层制备工艺无法满足叶片需要的抗热腐蚀性能和抗高温氧化性能。CVD法(Chemical Vapor Deposition)能对空心叶片这种形状复杂、结构精密的零件进行涂层的制备,同时添加改性元素以提高涂层的综合性能。本文综述了铬、硅、活性元素(如Hf、Y)、铂族金属(如Pt、Pd)这4类改性元素的作用机理和对应的CVD法在镍基高温合金表面制备改性铝化物涂层工艺进展,并对其未来发展进行展望。     

硅改性铝化物涂层的CVD制备工艺

研究了CVD法制备硅改性铝化物涂层工艺。结果表明,采用先渗硅后渗铝的两步法工艺可在Inconel 718表面获得铝-硅涂层。铝-硅涂层分为明显的两层结构,内层富硅,外层富铝。硅的加入阻碍高温条件下Al原子的内扩散,并促进了试样表面Al2O3膜的生成。铝-硅涂层具有比单一的铝化物涂层更为优秀的耐高温氧化性能。